Um guia abrangente para criptografia de chave privada

A criptografia de chave privada, também conhecida como criptografia simétrica ou criptografia de chave privada, é um método de criptografia que usa uma única chave para criptografar e descriptografar dados. A chave criptográfica deve ser mantida em segredo e compartilhada apenas entre as partes envolvidas na comunicação para garantir a confidencialidade - por isso, também é chamada de “chave secreta”.

Isso é o oposto da criptografia de chave pública, que usa uma chave diferente para criptografia e decriptografia.

O que é criptografia?

De acordo com o National Institute of Standards and Technology (NIST), a criptografia é a transformação criptográfica de texto simples em texto cifrado usando um algoritmo. Em termos mais simples, é um processo que ofusca o significado original dos dados para impedir que eles sejam conhecidos ou usados. O processo de reversão é chamado de decriptografia, que transforma os dados criptografados (ou a mensagem criptografada) novamente em texto simples legível. 

Embora frequentemente usados de forma intercambiável, encriptação e criptografia são termos semelhantes, mas diferentes. O NIST define esse último como a ciência da ocultação e verificação de informações. É uma disciplina que incorpora os princípios, os meios e os métodos para tornar as informações confidenciais ininteligíveis e restaurar os dados criptografados para uma forma inteligível.

Em resumo, a encriptação é um desses métodos. A diferença essencial que o diferencia é que ele usa algoritmos para ocultar dados confidenciais matematicamente.

Por que a criptografia é importante?

De modo geral, a encriptação é vital por alguns motivos importantes:

• Confidencialidade: Os métodos de encriptação de chaves públicas e privadas protegem as informações confidenciais contra acesso não autorizado. Sem a chave privada correspondente, uma mensagem encriptada é ilegível para qualquer pessoa que a tenha em mãos. Mesmo que um hacker intercepte ou roube os dados, eles podem ser inúteis se não conseguirem decifrar a encriptação.
• Integridade: A encriptação também garante que os dados não sejam alterados durante a transmissão ou o armazenamento. Os mecanismos de encriptação geralmente incluem hashes criptográficos, que geram uma impressão digital exclusiva para os dados. Qualquer alteração nos dados encriptados originais, por menor que seja, resultará em um hash incompatível durante a verificação, alertando os usuários sobre possíveis adulterações.
• Autenticação: A encriptação estabelece uma comunicação segura ao verificar a identidade do remetente ou do destinatário por meio de mecanismos como assinaturas digitais e chaves criptográficas. Por exemplo, na comunicação por e-mail, a encriptação pode autenticar o remetente, garantindo que a mensagem realmente veio da pessoa ou organização indicada.
• Conformidade: Ela também pode ajudar as organizações a atender aos requisitos regulamentares de segurança de dados, especialmente em setores como finanças, saúde e governo. Por exemplo, nos Estados Unidos, a Lei de portabilidade e prestação de contas de plano de saúde (HIPAA) exige que as organizações encriptem os dados em repouso para proteger informações confidenciais de saúde. As violações podem resultar em penalidades monetárias, ações judiciais e danos à reputação.

Há muitos aplicativos em potencial em que a criptografia de chave privada pode ser valiosa. Alguns dos mais comuns incluem:

Encriptação de arquivos ou dados

A encriptação de chaves privadas é essencial para proteger arquivos confidenciais armazenados em dispositivos ou servidores, garantindo que somente pessoas autorizadas possam acessar seu conteúdo. Ao encriptar arquivos com uma chave simétrica, as empresas podem proteger informações confidenciais, como registros financeiros, contratos ou propriedade intelectual, contra acesso não autorizado, mesmo que um dispositivo ou servidor seja comprometido. Além disso, a encriptação de chaves privadas permite o compartilhamento seguro de arquivos dentro das organizações, permitindo que os funcionários colaborem com a segurança minimizando o risco de violações de dados.

Segurança de banco de dados

Os bancos de dados geralmente armazenam grandes quantidades de dados confidenciais de clientes, como detalhes pessoais, informações de pagamento e históricos de transações, o que os torna os principais alvos de ataques cibernéticos. A encriptação de chave privada garante que esses dados permaneçam protegidos, mesmo no caso de uma violação.

Ao encriptar os dados em repouso, as organizações podem tornar as informações ilegíveis para usuários não autorizados, preservando sua confidencialidade e integridade. Além disso, a encriptação de chaves privadas é essencial para proteger os bancos de dados de backup, garantindo que as cópias armazenadas permaneçam protegidas contra uso indevido. Para setores que dependem de confiança, como comércio eletrônico e bancos, a encriptação de bancos de dados gera confiança ao proteger as informações dos clientes contra acesso não autorizado.

Comunicações seguras

A criptografia de chave privada é fundamental para proteger sites e permitir a comunicação on-line segura, principalmente por meio do uso de certificados Transport Layer Security (TLS).

Quando um usuário visita um site protegido com Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS), ocorre um processo chamado handshake TLS. Isso estabelece uma conexão segura negociando parâmetros de encriptação entre o navegador do usuário e o servidor da Web. Inicialmente, a encriptação assimétrica é usada para trocar uma chave de sessão simétrica.

Depois que essa chave criptográfica é criada com segurança, a encriptação simétrica assume o controle durante a sessão, encriptando os dados trocados entre o cliente e o servidor. Isso garante que informações confidenciais, como credenciais de login, detalhes de pagamento e dados pessoais, sejam protegidas contra interceptação ou adulteração por partes não autorizadas.

Além disso, ele autentica a identidade do site, ajudando os usuários a confirmar que estão interagindo com um site legítimo e não com uma página de phishing ou uma versão falsificada. Isso é particularmente importante para plataformas de comércio eletrônico, bancos on-line e qualquer site que lide com interações confidenciais com clientes, pois gera confiança e protege os usuários contra fraudes.

Encriptação de disco

As organizações usam a encriptação de chave privada para proteger dispositivos de armazenamento inteiros, como discos rígidos, unidades USB ou SSDs externos. Isso garante que todos os dados armazenados no dispositivo permaneçam encriptados e inacessíveis a usuários não autorizados sem a chave de decriptação adequada.

A encriptação de disco é particularmente útil para proteger dispositivos perdidos ou roubados, garantindo que as informações confidenciais não possam ser extraídas, mesmo que o hardware físico caia em mãos erradas. As empresas geralmente contam com a encriptação de disco para laptops e dispositivos portáteis usados pelos funcionários, o que ajuda a manter a segurança em uma força de trabalho móvel.

Os métodos de chave pública e privada são amplamente usados, mas há diferenças notáveis entre eles. Vamos analisar cada um deles individualmente para entender suas vantagens e limitações.

Encriptação de chave pública

A encriptação de chave pública, também conhecida como encriptação assimétrica ou criptografia de chave pública, não usa apenas uma chave criptográfica para encriptar e decriptar dados. Em vez disso, é usado um par de chaves: uma chave pública (disponível para qualquer pessoa) e uma chave privada (mantida em segredo para o proprietário).

O par de chaves está matematicamente vinculado. Isso significa que os dados encriptados com a chave pública só podem ser decriptados com a chave privada correspondente e vice-versa.

Suas vantagens incluem:

• Distribuição de chaves mais simples: Na criptografia de chave pública, as organizações só precisam manter a chave privada em segredo. Eles podem compartilhar a chave pública abertamente sem comprometer a segurança.
• Maior segurança: O processo de troca de chaves é muito mais seguro na encriptação de chave pública, pois a chave secreta nunca é compartilhada.
• Escalabilidade: Esse método de encriptação é altamente dimensionável porque a chave pública pode ser distribuída livremente, o que o torna ideal para a comunicação entre várias partes.

No entanto, há algumas desvantagens notáveis:

• Velocidade: A encriptação assimétrica normalmente envolve maior complexidade computacional, resultando em processos de encriptação e decriptação mais lentos.
• Intensidade de recursos: A geração e a gestão de um par de chaves público-privadas para cada usuário em sistemas de grande escala aumentam a sobrecarga administrativa.
• Gerenciamento de chaves: A gestão de um par de chaves para cada usuário pode se tornar complexa em sistemas com um grande número de pessoas.

Devido a esses fatores, a encriptação de chave pública é adequada para assinaturas digitais e cenários que exigem autenticação e segurança robustas. No entanto, ele pode não ser ideal para encriptação de dados em massa ou aplicativos de alta velocidade.

Encriptação de chave privada

Como um método de encriptação simétrica, a criptografia de chave privada oferece várias vantagens:

• Maior simplicidade: Com apenas uma única chave para encriptação e decriptação, o processo geralmente é muito mais rápido e direto do que a criptografia assimétrica.
• Eficiência: Da mesma forma, é menos complexo do ponto de vista computacional, o que o torna ideal para encriptar grandes quantidades de dados, como arquivos ou entradas de bancos de dados.

No entanto, há alguns fatores de risco importantes a serem considerados:

• Distribuição de chaves: A mesma chave é usada para encriptação e decriptação, portanto, deve ser compartilhada com segurança entre as partes. Isso cria uma vulnerabilidade significativa durante a troca de chaves, pois a interceptação ou o comprometimento da chave pode levar a um acesso não autorizado.
• Único ponto de falha: Se a chave de encriptação for comprometida, todos os dados encriptados com essa chave se tornarão acessíveis a partes não autorizadas, e as comunicações ou os dados armazenados não estarão mais seguros.
• Falta de escalabilidade: Em ambientes com muitos usuários ou sistemas, a gestão de chaves exclusivas para cada par das partes se torna cada vez mais complexa e impossível de gerenciar. A encriptação de chave privada não é bem dimensionada para redes de comunicação com vários usuários.
• Dependência de confiança: Ambas as partes devem confiar uma na outra para proteger e usar a chave de forma responsável. Uma violação em ambas as extremidades poderia comprometer os dados encriptados. 

Apesar dessas limitações, a encriptação de chaves privadas continua altamente eficaz para casos de uso em que a troca segura de chaves é viável e a escalabilidade não é uma preocupação, como a encriptação de arquivos, bancos de dados ou comunicações em uma rede confiável.

A encriptação de chave privada funciona codificando o texto simples usando um algoritmo de encriptação. Em resumo, os algoritmos de encriptação são regras matemáticas que determinam como a chave altera os dados encriptados. Normalmente existem dois tipos:

• Uma cifra de bloco que encripta dados em blocos de tamanho fixo.
• Uma cifra de fluxo que encripta um bit ou byte de cada vez.

Dependendo da cifra escolhida, o processo da chave privada funciona da seguinte forma:

• Geração de chave: O remetente gera uma chave de encriptação segura e aleatória com um algoritmo criptográfico.
• Troca de chaves: Eles compartilham a chave de encriptação com o destinatário, geralmente por meio de um canal protegido ou combinando-a com um método de encriptação assimétrica. 
• Preparação de dados: O remetente formata o texto simples ou o divide em blocos específicos.
• Criptografia de dados: O algoritmo usa a chave de encriptação para transformar o texto simples em texto cifrado, tornando-o ilegível sem a chave.
• Transmissão: O remetente transmite o texto cifrado para o destinatário ou o armazena de forma segura para uso posterior.
• Decriptação: O destinatário usa a mesma chave para reverter o processo de encriptação, convertendo o texto cifrado novamente em texto simples.

Algoritmos comuns de encriptação de chave privada

Exemplos de encriptações de chave simétrica ou privada incluem os seguintes algoritmos: 

• Data Encryption Standard (DES): Usa uma chave de 56 bits e divide os dados em blocos de 64 bits. As vulnerabilidades levaram à sua eventual descontinuação.
• Triple Data Encryption Standard (3DES): Aplica o mesmo algoritmo de encriptação três vezes a cada bloco, aumentando o tamanho da chave e a segurança. O NIST descontinuou o 3DES em 2019, citando vulnerabilidades conhecidas.
• Advanced Encryption Standard (AES): Oferece comprimentos de chave de até 256 bits, o que o torna mais resistente a ataques de força bruta.

Na criptografia, a computação quântica é uma ameaça conhecida e inevitável à encriptação moderna. O Quantum oferece um poder de computação exponencialmente maior do que as tecnologias mais avançadas de hoje, permitindo que ele decifre até mesmo as cifras mais sofisticadas. Felizmente, os algoritmos de encriptação simétrica são considerados menos vulneráveis a ataques quânticos, desde que o comprimento da chave seja suficiente.

As organizações que usam processos de chave privada precisam lidar com vários riscos potenciais à segurança, como:

1. Exposição de chave

A exposição da chave ocorre quando uma chave de encriptação privada é acidentalmente ou maliciosamente revelada a partes não autorizadas. Isso pode ocorrer devido a armazenamento inadequado, roubo ou vulnerabilidades do sistema. Uma vez expostos, os invasores podem usar a chave para decriptar dados confidenciais, fazer-se passar pelo proprietário da chave ou assinar conteúdo malicioso, comprometendo a integridade e a confidencialidade dos sistemas encriptados.

2. Ataques de força bruta

Os ataques de força bruta envolvem agentes mal-intencionados que tentam sistematicamente todas as combinações de chaves possíveis até encontrarem a correta. Embora os algoritmos de encriptação fortes com tamanhos de chave suficientemente grandes tornem essas ameaças computacionalmente inviáveis, chaves mais curtas ou mal escolhidas são vulneráveis, especialmente com os avanços no poder de processamento ou na computação quântica.

3. Ataques de canal lateral

Os ataques de canal lateral exploram informações vazadas durante o processo de encriptação, como tempo, consumo de energia ou emissões eletromagnéticas, para inferir chaves privadas. Esses ataques têm como alvo a implementação do sistema criptográfico e não o algoritmo em si, o que representa uma séria ameaça aos sistemas com proteções insuficientes de hardware ou software.

4. Gestão de chaves deficientes

As atividades ineficazes de gestão de chaves incluem geração fraca de chaves, armazenamento inadequado de chaves, controles de acesso insuficientes ou falha na rotação regular de chaves. Essas práticas aumentam o risco de acesso não autorizado ou uso indevido, podendo levar a violações de dados ou à incapacidade de decriptação de dados críticos quando necessário.

Felizmente, há várias práticas recomendadas que as organizações podem empregar para proteger melhor suas chaves privadas:

• Use algoritmos fortes: Implemente padrões de encriptação robustos, como o AES-256. Algoritmos simétricos como esse são resistentes a ataques quânticos - uma ameaça futura, mas significativa, à criptografia moderna.
• Implementar soluções de gestão de chaves: Use ferramentas como módulos de segurança de hardware (HSMs) para proteger chaves com uma forte raiz de confiança. Essas soluções oferecem ambientes à prova de adulteração e automatizam a gestão do ciclo de vida das chaves, reduzindo o risco de erro humano.
• Gire as chaves regularmente: Altere as chaves de encriptação periodicamente para minimizar a exposição e limitar os danos causados por chaves comprometidas. A rotação de chaves garante que as chaves desatualizadas sejam retiradas, reduzindo o risco de vulnerabilidades de longo prazo.
• Limitar acesso à chave: Restrinja o acesso às chaves privadas ao pessoal ou sistemas essenciais, aplicando controles rigorosos baseados em funções. Isso minimiza a chance de uso indevido acidental ou malicioso e aumenta a responsabilidade.
• Monitorar e auditar o uso da chave: Rastreie o uso de chaves para detectar atividades não autorizadas. As auditorias regulares fornecem insights sobre como as chaves são acessadas e usadas, permitindo uma resposta mais rápida a possíveis ameaças.
• Instruir os funcionários: Treine a equipe sobre as práticas recomendadas para lidar com chaves de encriptação, incluindo o reconhecimento de tentativas de phishing e o armazenamento seguro das chaves. Funcionários informados atuam como uma linha crítica de defesa contra violações induzidas por erro humano.

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